ВВЕДЕНИЕ

С развитием новейших отраслей техники (реактивной и ядерной) возникла большая потребность в сплавах повышенной прочности для работы в условиях высоких температур (выше 1000° С). Возможности применения наиболее жаропрочных никелевых сплавов почти полностью исчерпаны, вследствие чего значительно возрос интерес исследователей к тугоплавким металлам и сплавам на их основе, жаропрочность которых значительно выше, чем у лучших никелевых сплавов. Из тугоплавких металлов наибольшее распространение в качестве жаропрочных материалов находят вольфрам, молибден, ниобий, выпускаемые промышленностью в достаточном количестве. Рений и тантал, несмотря на их высокие механические свойства, пока нельзя широко использовать в качестве основы сплавов для авиационной и ракетной техники, так как эти металлы получают в малых количествах, а разведанные запасы их руд невелики.

Ниобий и молибден, благодаря достаточной прочности, пластичности и теплопроводности при температурах выше 1000° С, являются отличными конструкционными материалами для реактивных двигателей и ракет. В настоящее время изучается возможность использования молибдена и ниобия при 1200—1400° С, т. е. в качестве материалов для лопаток турбин, носовых конусов самолетов и ракет и многих других высокотемпературных узлов и деталей.

Повышенный интерес к ниобию объясняется тем, что наряду с удовлетворительной прочностью и сопротивлением ползучести при высоких температурах он обладает хорошей пластичностью, сравнительно низким удельным весом, высокими технологическими свойствами при обработке давлением и резанием, а также достаточно хорошей свариваемостью. Весьма существенно, что окислы ниобия не летучи при высоких температурах. С повышением температуры теплопроводность ниобия не снижается, как это наблюдается у других металлов, а возрастает; значения модуля упругости вплоть до 1200° С почти не изменяются.

Ниобий обладает достаточно высокой жаропрочностью в интервале 700—1300°С. Так, в условиях кратковременных испытаний на разрыв при 700° С предел прочности ниобия составляет 647 Мн/м2 (65 кГ/мм2), а при 1100° С — 225,6 Мн/м2 (23 кГ/мм2); предел длительной прочности на базе 100 ч при 900° С составляет 137 Мн/м2 (14 кГ/мм2), а при 1000° С — 83,4 Мн/м2 (8,5 кГ/мм2).

Молибден и его сплавы также являются перспективными конструкционными материалами для работы при высоких температурах, поскольку обладают высокой жаропрочностью, хорошим сопротивлением усталости, высоким модулем упругости. Кроме того, молибден имеет отличные тепловые и электрические характеристики. Благодаря высокой теплопроводности и низкой удельной теплоемкости молибдена, термические напряжения при быстром нагреве и охлаждении невелики. Коэффициент линейного расширения молибдена на 50—70% ниже, чем для большинства сталей.

Механические свойства молибдена зависят главным образом от предшествующей обработки давлением при температурах ниже рекристаллизационных. На свойства молибдена и его сплавов существенно влияют степень деформации, температура обработки давлением, температура отжига, степень чистоты. При 1000° С сточасовая длительная прочность сплава Мо — 0,5%Ti составляет 294 Мн/м2 (30 кГ/мм2), а при 1100° С — 196 Мн/м2 (20 кГ/мм2), т. е. оказывается значительно выше, чем для лучших никелевых сплавов.

Вольфрам в настоящее время получил меньшее распространение по сравнению с молибденом и ниобием. Он представляет интерес для исследователей как наиболее тугоплавкий металл, обладающий высокой жаропрочностью.

Существенным недостатком тугоплавких металлов является низкая жаростойкость при температурах выше 400—600° С. Поэтому высокотемпературное использование тугоплавких металлов и сплавов на их основе возможно только для работы в нейтральной или восстановительной среде либо для весьма кратковременной работы в окислительной среде. Среда может полностью состоять из инертных газов, например в гелиевой турбине с замкнутым циклом, связанной с атомным реактором.

Данная монография представляет собой обобщение результатов многолетних исследований различных характеристик прочности тугоплавких металлов и их сплавов в условиях высоких температур, проведенных большим коллективом сотрудников Института проблем прочности АН УССР.

С учетом специфики высокотемпературных испытаний прочности тугоплавких материалов — температуры порядка 3000° С и окисляемость — была тщательно разработана методика испытаний и созданы соответствующие испытательные средства. В связи с этим в монографии большое место занимают описания оригинальных установок и методик испытаний.

Монография содержит также обширные сведение о различных механических характеристиках тугоплавких материалов, полученные с учетом влияния температуры, вида напряженного состояния, характера и режима приложения нагрузки, временных и других факторов.

Мы надеемся, что настоящая книга, в которой, по-видимому, достаточно полно и всесторонне освещены вопросы испытаний прочности тугоплавких материалов в широком диапазоне температур, окажется полезной как для технологов и конструкторов, так и для научных работников.

В написании монографии принимали участие следующие авторы: В. А. Борисенко (гл. 4 и п. 4 гл. 5); С. С. Городецкий (п. 1—3, 5, гл. 1); В. П. Дубинин и В. В. Кривенюк (гл. 6); Ю. А. Кашталян (гл. 2); В. Н. Руденко (п. 4, гл. 1); Г. С. Писаренко (гл. 3); В. К. Харченко (п. 3, гл. 1 и гл. 5). Глава 7 написана Б. А. Грязновым (п. 1, 2), В. А. Стрижало (п. 1, 2); В. Т. Трощенко (п. 1, 3) и Е. И. Усковым (п. 1, 2).

Назад, на страницу описания